ŽELEZOV OKSID: STRUKTURA, LASTNOSTI, NOMENKLATURA, UPORABE - KEMIJA - 2025

Železov oksid je vsaka od spojin, ki nastanejo med železom in kisika. Zanje je značilno, da so ionske in kristalne in laže raztresene kot posledica erozije njihovih mineralov, ki sestavljajo tla, rastlinsko maso in celo notranjost živih organizmov.

Potem je to ena izmed družin spojin, ki prevladujejo v zemeljski skorji. Kaj točno so? Do zdaj je znanih šestnajst železovih oksidov, večina naravnega izvora in drugi sintetizirani v ekstremnih pogojih pritiska ali temperature.

Vir: pet sedmi, Flickr.

Na zgornji sliki je prikazan del železovega oksida v prahu. Njegova značilna rdeča barva pokriva železo različnih arhitekturnih elementov v tistem, kar je znano kot rje. Prav tako ga opazimo v pobočjih, gorah ali tleh, pomešanih s številnimi drugimi minerali, kot je rumen prah goetita (α-FeOOH).

Najbolj znani železovi oksidi so hematit (α-Fe ₂ O ₃ ) in maghemit (ϒ- Fe ₂ O ₃ ), oba polimorfa železovega oksida; in nenazadnje magnetit (Fe ₃ O ₄ ). Zaradi polimorfnih struktur in velike površine so zanimivi materiali kot sorbenti ali za sintezo nanodelcev s široko uporabo.

Struktura

Vir: Siyavula Education, Flickr.

Zgornja slika je prikaz kristalne strukture FeO, enega izmed železovih oksidov, kjer ima železo valenco +2. Rdeče krogle ustrezajo O ^2- anionom , rumene pa Fe ²⁺ kationom . Upoštevajte tudi, da je vsak Fe ²⁺ obdan s šestimi O ^2- , ki tvorijo oktaedrsko enoto koordinacije.

Zato lahko strukturo FeO "razdelimo" na enote FeO ₆ , kjer je osrednji atom Fe ²⁺ . V primeru oksihidroksidov ali hidroksidov je oktaedrska enota FeO ₃ (OH) ₃ .

V nekaterih strukturah namesto oktaedra obstajajo tetraedrske enote, FeO ₄ . Zaradi tega so strukture železovih oksidov ponavadi predstavljene z oktaedri ali tetraedrami z železnimi centri.

Strukture železovih oksidov so odvisne od razmer tlaka ali temperature, od razmerja Fe / O (to je, koliko kisika je na železo in obratno) in od valencije železa (+2, +3 in, zelo redko v sintetičnih oksidih, +4).

Na splošno se obsežni O ^2- anioni oblikujejo v lističe, v katerih praznine se nahajajo Fe ²⁺ ali Fe ³⁺ kationi . Tako obstajajo oksidi (na primer magnetit), ki imajo likalnike z obema valencama.

Polimorfizem

Železovi oksidi predstavljajo polimorfizem, torej različne strukture ali kristalne ureditve iste spojine. Železov oksid Fe ₂ O ₃ ima do štiri možne polimorfe. Hematit, α-Fe ₂ O ₃ , je najbolj stabilna vseh; čemur sledi maghemitnih, Υ- Fe ₂ O ₃ in s sintetičnimi β- Fe ₂ O ₃ in ε- Fe ₂ O ₃ .

Vsi imajo svoje vrste kristalnih struktur in sistemov. Vendar razmerje 2: 3 ostane konstantno, zato obstajajo trije anioni O ² na vsaka dva Fe ³⁺ kationa . Razlika je v tem, kako so oktaedrske enote FeO ₆ nameščene v prostoru in kako so pritrjene.

Strukturne povezave

Vir: Datoteke javnih domen

Oktaedrske enote FeO ₆ je mogoče prikazati s pomočjo zgornje slike. V kotih oktaedra sta O ^2- , v njegovem središču pa Fe ²⁺ ali Fe ³⁺ (v primeru Fe ₂ O ₃ ). Način, kako so te oktaedre razporejene v prostoru, razkriva strukturo oksida.

Vendar pa vplivajo tudi na to, kako so povezani. Na primer, dva oktaedra se lahko združita z dotikom dveh njihovih vozlišč, ki sta predstavljena s kisikovim mostom: Fe-O-Fe. Podobno se lahko oktaedri združijo skozi njihove robove (sosednji drug drugemu). Nato bi bil predstavljen z dvema mostičema kisika: Fe- (O) ₂ -Fe.

In končno lahko oktaedri medsebojno delujejo skozi njihove obraze. Tako bi zdaj predstavljali tri mostove kisika: Fe- (O) ₃ -Fe. Način povezovanja oktaedrov bi spreminjal medjedrne razdalje Fe-Fe in s tem tudi fizikalne lastnosti oksida.

Lastnosti

Železov oksid je spojina z magnetnimi lastnostmi. Ti so lahko anti, fero ali ferrimagnetni in so odvisni od valenc Fe in od tega, kako kationi medsebojno vplivajo na trdno snov.

Ker so strukture trdnih snovi zelo raznolike, so tudi njihove fizikalne in kemijske lastnosti.

Na primer, polimorfi in hidrati Fe ₂ O ₃ imajo različne vrednosti tališča (ki se gibljejo med 1200 in 1600 ° C) in gostote. Vendar imata skupno majhno topnost zaradi Fe ³⁺ , enake molekulske mase, rjave barve in se slabo raztapljata v kislih raztopinah.

Nomenklatura

IUPAC določa tri načine imenovanja železovega oksida. Vsi trije so zelo uporabni, čeprav za kompleksne okside (kot je Fe ₇ O ₉ ) sistematika zaradi svojih preprostosti vlada nad drugimi.

Sistematična nomenklatura

Upoštevajo se števila kisika in železa, ki jih poimenujemo z grškimi številčnimi predponi mono-, di-, tri-, itd. Po tej nomenklaturi se Fe ₂ O ₃ imenuje: tri oksid di železa. In za Fe ₇ O ₉ bi bilo njegovo ime hepta-železov nonooksid.

Nomenklatura zalog

To upošteva valenco železa. Če je Fe ²⁺ , je napisan železov oksid … in njegova valenca z rimskimi številkami v oklepajih. Za Fe ₂ O _{3 je} njegovo ime: železov oksid (III).

Upoštevajte, da lahko Fe ³⁺ določimo z algebrskimi vsotami. Če ima O ^2- dva negativna naboja in jih je tri, seštevajo do -6. Za nevtralizacijo tega -6 je potreben +6, vendar obstajata dva Fe, zato jih je treba razdeliti na dva, + 6/2 = +3:

2X (kovinska valenca) + 3 (-2) = 0

Preprosto reševanje za X dobimo valenco Fe v oksidu. Če pa X ni celo število (kot je to slučaj s skoraj vsemi drugimi oksidi), potem obstaja mešanica Fe ²⁺ in Fe ³⁺ .

Tradicionalna nomenklatura

Pripona –ico je dana predponi ferr - kadar ima Fe valenco +3, in –so, kadar je valenca 2+. Tako se Fe ₂ O ₃ imenuje: železov oksid.

Prijave

Nanodelci

Železovi oksidi imajo skupno veliko kristalizacijsko energijo, kar omogoča ustvarjanje zelo majhnih kristalov, vendar z veliko površino.

Zaradi tega jih veliko zanima področje nanotehnologije, kjer načrtujejo in sintetizirajo oksidne nanodelce (NP) za posebne namene:

Kot katalizatorji.

-Kot rezervoar zdravil ali genov v telesu

-Pri načrtovanju senzoričnih površin za različne vrste biomolekul: beljakovine, sladkorje, maščobe

-Za shranjevanje magnetnih podatkov

Pigmenti

Ker so nekateri oksidi zelo stabilni, jih lahko uporabimo za barvanje tekstila ali dajanje svetlih barv na površine katerega koli materiala. Od mozaikov na tleh; rdeče, rumene in oranžne (tudi zelene) barve; keramika, plastika, usnje in celo arhitekturna dela.

Reference

1. Skrbniki Dartmouth Collegea. (18. marec 2004). Stehiometrija železovih oksidov. Vzeto iz: dartmouth.edu
2. Ryosuke Sinmyo in sod. (8. september 2016). Odkritje Fe ₇ O ₉ : nov železov oksid s kompleksno monoklinično strukturo. Pridobljeno: Nature.com
3. M. Cornell, U. Schwertmann. Železovi oksidi: zgradba, lastnosti, reakcije, pojavi in ​​uporabe. . WILEY-VCH. Vzeto iz: epsc511.wustl.edu
4. Alice Bu. (2018). Nanodelci železovega oksida, lastnosti in aplikacije. Vzeto iz: sigmaaldrich.com
5. Ali, A., Zafar, H., Zia, M., ul Haq, I., Phull, AR, Ali, JS, & Hussain, A. (2016). Sinteza, karakterizacija, uporaba in izzivi nanodelcev železovega oksida. Nanotehnologija, znanost in aplikacije, 9, 49–67. http://doi.org/10.2147/NSA.S99986
6. Pigmenti Golchha. (2009). Železovi oksidi: Uporaba. Vzeto iz: golchhapigments.com
7. Kemična formulacija. (2018). Železov (II) oksid. Vzeto iz: formulacionquimica.com
8. Wikipedija. (2018). Železov (III) oksid. Izvedeno iz: https://en.wikipedia.org/wiki/Iron(III)_oksid